미시간 대학에서 시판되는 무릎 보호대와 드론 모터로 제작된 무릎 외골격 세트는 물건을 들어올리고 운반할 때 피로를 완화하는 데 도움이 되는 것으로 나타났습니다.이는 사용자가 피곤할 때에도 더 나은 리프팅 자세를 유지하는 데 도움이 되었으며, 이는 작업 중 부상을 방지하는 핵심 요소라고 새로운 논문의 연구원이 밝혔습니다.출판됨일지에과학로봇공학.

"등을 직접적으로 지지하고 적절한 들어올리기 자세를 포기하는 대신, 우리는 이를 유지하기 위해 다리를 강화합니다"라고 UM 로봇공학 교수이자 해당 연구의 교신 저자인 Robert Gregg는 말했습니다."이것은 업계에서 일반적으로 수행되는 작업과 다릅니다."

이미 건설이나 제조업 등 정기적으로 물건을 들어 올리는 작업자들은 등 보호대를 사용할 수 있습니다.리프팅을 돕기 위해 스프링이나 모터를 사용하는 등 외골격은 새로운 기술입니다.그러나 등을 지지하는 장치는 안전하지 않은 들어올리기 또는 구부리기를 가정하고 등 외골격은 들어올리기 작업의 일부가 아닌 동작을 허용하기 위해 비활성화되어야 하는 성가신 장치인 경향이 있다고 Gregg는 말했습니다.

미시간 팀은 무릎 외골격이 작업자를 허리 부상으로부터 보호하는 데 도움이 되는 덜 방해적인 방법으로 안전한 스쿼트 리프팅에서 대부분의 힘을 제공하는 대퇴사두근을 대신 지원하는 최초의 제품이라고 말합니다.연구 참가자들은 20파운드 케틀벨을 사용하여 들어 올리고 운반하는 작업을 테스트했습니다.

작업에는 무게를 땅에서 들었다가 다시 내려놓는 것, 평평한 땅에서 무게를 들고 옮기는 것, 경사면을 오르내리는 것, 계단을 오르내리는 것이 포함되었습니다.연구 결과, 참가자들은 피로를 느낀 후 보조기의 도움으로 더 나은 자세를 유지하는 것으로 나타났습니다.외골격외골격의 도움 없이는 44% 더 느린 것과 비교하여 피로 이전 속도보다 단 1% 더 느린 속도로 들어 올렸습니다.

"이것은 작업자가 컨베이어 벨트를 따라가야 할 때 특히 중요합니다. 일반적으로 작업자가 피곤하면 그 속도를 유지하지만 위태로운 자세로 허리를 더 구부리게 됩니다.부상을 입을 가능성이 가장 높은 시기입니다."라고 UM의 로봇공학 박사후 연구원이자 이번 연구의 제1저자인 Nikhil Divekar는 말했습니다.

참가자들 역시 이점을 느꼈다. 평지를 걷는 경우를 제외하고는 대체로 만족스럽다거나 매우 만족한다고 답했다.이것은 상대적으로 쉬운 작업 동안 대퇴사두근에 필요한 약간의 도움으로 추적합니다.Gregg는 이것이 외골격의 무게를 지탱하기에 충분한 지지대라고 설명했습니다.

외골격을 착용 가능하게 만드는 핵심 중 하나는 모터와 기어 방식으로, 사용자가 자연스러운 보행을 위해 무릎을 자유롭게 흔들 수 있도록 해줍니다.다른 하나는 무릎 관절의 각도, 허벅지와 다리 아래쪽의 방향, 신발에 있는 센서가 감지하는 힘을 측정하여 사용자에게 어떤 도움이 필요한지 예측하는 소프트웨어입니다.

양쪽 다리의 세 가지 측정을 통해 사용자가 어떤 동작을 하려고 하는지, 얼마나 많은 도움을 주어야 하는지 알아내는 것이 가능합니다.이러한 측정은 초당 150회 수행되어 외골격이 활동 간에 원활하게 이동할 수 있도록 했습니다.

이 접근 방식은 제한된 작업 세트에 대해 사전 정의된 패턴을 따르는 많은 외골격 컨트롤러와 대조됩니다.작업 전환은 이러한 컨트롤러에 문제가 될 수 있으며 사용자가 무엇을 하려는지 파악하는 데 1초가 필요할 수 있다고 Gregg는 말했습니다.

"엑소가 위층으로 가려고 하고, 당신이 아래층으로 가려고 한다면 문제가 될 수 있겠죠?"그는 말했다.

새로운 컨트롤러는 또한 물리 모델과 결합됩니다.기계 학습이는 사용자가 컨트롤러의 훈련 데이터에 포함된 활동과 다르게 행동하기 시작하는 경우 외골격이 예기치 않게 움직이는 것을 방지합니다.

실험실 프로토타입의 가격은 한 쌍당 약 4,000달러이므로 Gregg는 외골격이 대규모로 생산된다면 한 쌍당 약 2,000달러의 비용이 들 수 있을 것으로 예상합니다.

10명의 연구 참가자(여성 5명, 남성 5명)는 하루는 신선하고 다른 하루는 피곤한 이틀 동안 모든 작업을 수행했습니다.피로를 유발하기 위해 각 참가자는 반복 사이에 긴 휴식 없이는 계속할 수 없을 때까지 케틀벨을 사용하여 일련의 스쿼트 리프트를 수행했습니다.모든 참가자는 적절한 스쿼트 리프팅 기술에 대한 경험이 있었습니다.

팀이 신청했습니다특허 보호U-M Innovation Partnerships의 도움을 받아 기술을 시장에 출시할 파트너를 찾고 있습니다.